(57)【要約】【課題】太陽光により海水を効果的に加熱して、大量の蒸気を得ることができる海水淡水化装置を提供する。【解決手段】太陽光Ｌにより加熱容器２内の合成油Ｈを加熱し、加熱された合成油Ｈを加熱部１４まで循環し、加熱部１４により蒸気発生部１６内の海水Ａを加熱するため、海水Ａを効果的に加熱することができ、大量の蒸気Ｂを得ることができる。また、合成油Ｈを循環する加熱部１４は地上に設置されているため、蒸気発生部１６及びコンデンサ１９も低い位置で済み、海水Ａの引き回しが容易になる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地上から所定の高さに設置されて加熱液体を保持した加熱容器と、
加熱容器の周辺の地上に設置されて太陽光を加熱容器の少なくとも底面に向けて反射させる複数のヘリオスタットと、
地上に近い位置で加熱容器からの加熱液体が循環される加熱部と、
加熱部の熱より海水を加熱して蒸気を発生させる蒸気発生部と、
冷却液体が循環されて前記蒸気発生部からの蒸気を凝縮させるコンデンサと、
コンデンサで凝縮された淡水を溜める淡水タンクと、から成ることを特徴とする海水淡水化装置。
【請求項２】
加熱液体が耐熱性に優れた合成油であることを特徴とする請求項１記載の海水淡水化装置。
【請求項３】
冷却液体が海から循環された海水であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の海水淡水化装置。
【請求項４】
冷却液体が冷水循環機から循環された冷水であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の海水淡水化装置。
【請求項５】
コンデンサを通過した海水を蒸気発生部に注入することを特徴とする請求項３記載の海水淡水化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽エネルギーを利用した海水淡水化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
海水を淡水化する方法として蒸発法が知られている。従来は、蒸発用の熱源として、重油を燃焼させたボイラーを用いていたが、燃料コストが高いことと、地球温暖化の原因となる二酸化炭素を大量に排出するため、近年では太陽エネルギーを利用した海水淡水化装置の提案がされている。
【０００３】
この種の海水淡水化装置としては、透明な蒸発タンクの内部に海水を貯留し、海水の上部には中空部を形成し、その中空部内に保持した芯棒に太陽光を集光させる構造になっている。太陽光はミラーで反射して芯棒に当て、太陽光により加熱された芯棒が中空部の空気を温めることにより、海水表面からの蒸発が促進される構造になっている。海水表面からの水蒸気は冷却されて淡水となり、貯水タンクに溜められる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−８６９０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような従来の技術にあっては、太陽光により芯棒を加熱し、加熱した芯棒により空気を温め、その温めた空気を介して、海水表面からの蒸発を促進させる構造のため、得られる蒸気量が十分でない。
【０００６】
本発明は、このような従来の技術に着目してなされたものであり、太陽光により海水を効果的に加熱して、大量の蒸気を得ることができる海水淡水化装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明は、所定の高さに設置されて加熱液体を保持した加熱容器と、加熱容器の周辺の地上に設置されて太陽光を加熱容器の少なくとも底面に向けて反射させる複数のヘリオスタットと、地上に近い位置で加熱容器からの加熱液体が循環される加熱部と、加熱部の熱より海水を加熱して蒸気を発生させる蒸気発生部と、冷却液体が循環されて前記蒸気発生部からの蒸気を凝縮させるコンデンサと、コンデンサで凝縮された淡水を溜める淡水タンクと、から成ることを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、加熱液体が耐熱性に優れた合成油であることを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、冷却液体が海から循環された海水であることを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の発明は、冷却液体が冷水循環機から循環された冷水であることを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の発明は、コンデンサを通過した海水を蒸気発生部に注入することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１記載の発明によれば、太陽光により加熱容器内の加熱液体を加熱し、加熱された加熱液体を加熱部まで循環し、加熱部により海水を加熱するため、空気を介して加熱する場合に比べて、海水を効果的に加熱することができ、大量の蒸気を得ることができる。大量の蒸気が発生すれば、それを冷却させて大量の淡水を得ることができる。また、加熱液体を循環する加熱部は任意の位置に設定可能なため、海水を加熱するのに便利な位置に加熱部を設定することで、海水の引き回しが容易になる。
【００１３】
請求項２記載の発明によれば、加熱液体が耐熱性に優れた合成油であるため、加熱部への循環が円滑である。
【００１４】
請求項３記載の発明によれば、海から循環された冷たい海水を冷却液体として利用するため、蒸気を凝縮させためのエネルギーが少なくて済む。
【００１５】
請求項４記載の発明によれば、冷水循環機から循環された冷水を冷却液体として利用するため、蒸気を効果的に凝縮させることができ、海水を冷却液体として利用する場合に比べて、同じ蒸気量でも、より大量の淡水を得ることができる。
【００１６】
請求項５記載の発明によれば、コンデンサを通過した海水を蒸気発生部に注入するため、注入される海水の温度が蒸気との熱交換によりある程度高くなっており、海水淡水化装置全体の熱効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る海水淡水化装置を示す概略図。
【図２】海水淡水化装置を示す平面図。
【図３】ヘリオスタットを示す斜視図。
【図４】本発明の第２実施形態に係る海水淡水化装置を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（第１実施形態）
図１〜図３は、本発明の第１実施形態を示す図である。この実施形態に係る海水淡水化装置の中心には、所定高さ（約１０ｍ）を有する４本のタワー１が立設されている。そのタワー１の上部には、金属製の加熱容器２が設置されている。
【００１９】
加熱容器２は基本的に角型中空構造で、底面３は内側へ凸の湾曲面になっている。尚、底面３は平面でも、外側に凸の湾曲面でも良い。底面３には耐熱性の黒色塗装が施されている。
【００２０】
加熱容器２の周囲の地上には、太陽Ｓを追尾しながら、太陽光Ｌを常に加熱容器２の底面３に向けて反射するヘリオスタット４が複数設置されている。ヘリオスタット４は、図２に示すように、加熱容器２の南側を除き、加熱容器２を中心にした放射状に複数設置されている。
【００２１】
個々のヘリオスタット４は、図３に示すように、ベース部５に立設された支柱６の頂部に反射ミラー７を備えた構造になっている。反射ミラー７は多数の小ミラーから構成され、全体として凹面形状になっている。従って、ほぼ平行光である太陽光Ｌは反射ミラー７で反射されることにより、ターゲット（底面３）に向けて集光する太陽光Ｌとなる。反射ミラー７は支柱６の頂部に対して高度方向及び方位方向で回転自在になっている。反射ミラー７は、太陽Ｓを追尾して、太陽光Ｌの移動角度の概ね１／２ずつ回転して、常に太陽光Ｌを同じ方向へ反射し続ける。このような反射ミラー７の制御は、光センサーによるフィードバック方式で行っても良いし、コンピュータ制御方式で行っても良い。
【００２２】
加熱容器２の内部には加熱媒体としての合成油Ｈが保持されている。合成油Ｈは約４００度程度まで粘性が変化しない耐熱性を有する液体の媒体である。この加熱容器２内の合成油Ｈは、出側と入側の２本の循環パイプ４０、４１を介し、一方に設けられたポンプ４２により、地上に設置された加熱部１４へ循環される。加熱部１４は角形扁平容器形状で、ある程度の広さを有している。
【００２３】
加熱部１４の上には、隣接した状態で、蒸発面積を確保するために、加熱部１４と同じ広さを有する蒸気発生部１６が形成されている。蒸気発生部１６は基本的に密閉された箱形状で、内部には海水Ａが保持されている。蒸気発生部１６には、注入管８と、排水管９があり、どちらにもバルブ１０、１１が設けられている。排水管９側のバルブ１１は常時閉で、海水Ａがバルブ１１に達したときにバルブ１１の高さまで海水Ａを強制排出するようになっている。
【００２４】
排水側のバルブ１１の上部には塩分センサー１２が設けられている。この塩分センサー１２は海水Ａの表面に浮かべる「浮き方式」で、海水Ａの塩分濃度により、海水Ａの表面における位置が浮力により変化するため、浮かんでいる位置が高い場合には、浮力大（塩分濃度大）と判断して、注入側のバルブ１０に信号を出力して注入管８から海水Ａを強制的に加熱容器２内に注入する。
【００２５】
蒸気発生部１６の内部の海水Ａの上部には空間部１３が形成されている。この空間部１３は海水Ａの水分が蒸発した蒸気Ｂが溜まる空間である。
【００２６】
この空間部１３内に蛇行管形状のコンデンサ１９が、ほぼ空間部１３の広さの範囲内にわたって縦横に形成されている。コンデンサ１９の下側には、蒸気Ｂの導入口４３を残した状態で、淡水Ｃを貯留する受け皿状の淡水タンク１５が形成されている。淡水タンク１５の底面は傾斜しており、その低い位置に開閉自在な取水口４４が形成されている。
【００２７】
空間部１３の導入口４３とは反対側の壁部には、排気管１７が形成されている。排気管１７の先端にはファン１８が設けられ、空間部１３内のエアーを外部へ排出するようになっている。
【００２８】
そして、コンデンサ１９の一端には導入管２０が接続され、他端には排出管２１が接続されている。導入管２０の先端は海２２の中に設置され、ポンプ２３により、フィルター２４を介して海水Ａを前記コンデンサ１９内に導入することができる。排出管２１も先端が海２２側に突出しており、コンデンサ１９を通過した海水Ａを海２２へ戻すことができる。
【００２９】
排出管２１の途中には合流管２５が設けられ、前記蒸気発生部１６の排水管９が接続され、蒸気発生部１６から強制排出された塩分濃度の高い海水ａを、コンデンサ１９を通過した海水Ａと共に海２２へ戻すことができる。
【００３０】
更に、蒸気発生部１６へ海水Ａを注入する注入管８の反対側の端部は、排出管２１の合流管２５よりも手前位置に接続されている。従って、蒸気発生部１６に注入される海水Ａはコンデンサ１９を通過したものである。
【００３１】
尚、加熱部１４や蒸気発生部１６等は、図１及び図２では、加熱容器２の南側の近い位置に設置されているように図示されているが、実際には、ヘリオスタット４への太陽光Ｌの入光を邪魔しないように、ある程度、南側の離れた位置に設置されている。従って、循環パイプ４０、４１も、図示の状態よりは長く形成されている。
【００３２】
次に、この実施形態の作用を説明する。
【００３３】
導入管２０からコンデンサ１９内に海水Ａを導入して循環させる。コンデンサ１９を通過した海水Ａは排出管２１から連続的に海２２に戻され、コンデンサ１９内は常に冷たい海水Ａで満された状態となる。
【００３４】
コンデンサ１９を通過して、排出管２１内を流れる海水Ａの一部を注入管８を介して蒸気発生部１６内に導入する。最初は、海水Ａを排出側のバルブ１１の位置まで導入する。
【００３５】
次いで、加熱容器２と加熱部１４には両者間を循環した状態で合成油Ｈが保持されているため、ヘリオスタット４にて太陽光Ｌを加熱容器２の底面３に向けて集光する。ヘリオスタット４からの太陽光Ｌは、底面３に均等に当たるように分散される。底面３の一部が部分的に高温になるよりも、底面３の全体が高温になった方が熱効率が良いためである。底面３が湾曲しているため、底面３と太陽光Ｌとの角度が大きくなり、底面３にて太陽光Ｌが確実に吸収される。また、底面３に黒色塗装を施していることも、太陽光Ｌの吸収を良くしている。このように、太陽光Ｌは加熱容器２の底面３において効率良く熱に変換される。
【００３６】
底面３が高温になるため、底面３に接している合成油Ｈも加熱され、加熱容器２内及び加熱部１４内の全ての合成油Ｈが高温になる。合成油Ｈは高温（４００度程度）になっても粘性が変化しないため、加熱容器２から加熱部１４への循環が円滑である。
【００３７】
合成油Ｈが高温になると、加熱部１４に接している蒸気発生部１６内の海水Ａが底面から加熱されることになる。加熱部１４の温度が高い場合には、海水Ａが沸騰して、海水Ａの表面だけでなく、海水Ａの全体から蒸気Ｂが発生する。蒸気発生部１６の底面を加熱するため、対流により海水Ａ全体に熱が伝わりやすく、大量の蒸気Ｂを発生させることができる。
【００３８】
また、蒸気発生部１６の空間部１３が排気管１７のファン１８により吸引されているため、空間部１３の気圧が大気圧よりも若干低くなっている。そのため、蒸気発生部１６内の海水Ａの水分が蒸発しやすい状態になっている。
【００３９】
発生した蒸気Ｂは導入口４３からコンデンサ１９側に導かれる。前述のように、導入口４３の反対側から排気管１７のファン１８により吸引されているため、導入口４３からコンデンサ１９側へ向けての蒸気Ｂの移動は促進される。
【００４０】
蒸気Ｂはコンデンサ１９に接することにより、そこで熱交換されて凝縮され、淡水（蒸留水）Ｃとなる。コンデンサ１９との接触により凝縮された淡水Ｃは、そのまま淡水タンク１５内に落下して貯留される。
【００４１】
蒸気発生部１６内の海水Ａは水分を蒸発させることにより、塩分濃度が上昇するが、予め設定された濃度より濃くなった場合には、塩分センサー１２が検知して、注入管８のバルブ１０を開き、排出管２１からコンデンサ１９を通過しただけの新鮮な海水Ａを蒸気発生部１６内に注入する。蒸気発生部１６に注入される海水Ａは、コンデンサ１９内で蒸気Ｂと熱交換することにより比較的温かくなっているため、蒸気発生部１６内に導入された後も少ない熱エネルギーで蒸発させることができ、熱効率が良い。
【００４２】
蒸気発生部１６内への新鮮な海水Ａの導入は、蒸気発生部１６内の海水Ａの塩分濃度が所定濃度に達するまで行われる。その過程で、排出側のバルブ１１の高さよりもオーバーフローする高濃度の海水ａはバルブ１１により排水管９から強制排出される。強制排出された高濃度の海水ａは、排水管９から合流管２５を介して排出管２１に合流し、コンデンサ１９を通過した海水Ａと一緒に海２２に戻される。
【００４３】
以上説明したように、この実施形態によれば、太陽光Ｌにより加熱容器２内の合成油Ｈを加熱し、加熱された合成油Ｈを加熱部１４まで循環し、加熱部１４により蒸気発生部１６内の海水Ａを加熱するため、海水Ａを効果的に加熱することができ、大量の蒸気Ｂを得ることができる。大量の蒸気Ｂが発生すれば、それを冷却させて大量の淡水Ｃを得ることができる。また、合成油Ｈを循環する加熱部１４は地上に設置されているため、蒸気発生部１６及びコンデンサ１９も低い位置で済み、海水Ａの引き回しが容易になる。
【００４４】
また、蒸気Ｂを発生させるための熱エネルギーは太陽光Ｌから得て、蒸気Ｂを凝縮するための冷却エネルギーは、海２２からの海水Ａから得るため、ほとんど自然エネルギーで賄うことができる。化石燃料に起因したエネルギーの使用は、ポンプ２３、４２やファン１８等で使用する電力など、ほんの僅かで済む。
【００４５】
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態を示す図である。本実施形態は、前記第１実施形態と同様の構成要素を備えている。よって、それら同様の構成要素については共通の符号を付すとともに、重複する説明を省略する。
【００４６】
この実施形態では、蒸気発生部１６の注入管２６には、海２２からの海水Ａが直接注入できるようになっている。また、排水管２７からの高濃度の海水ａも直接海２２に戻せるようになっている。
【００４７】
コンデンサ２８の導入管２９と排出管３０は、地上に設置された冷水循環機３１に接続されている。冷水循環機３１は、内部に冷凍機を備え、冷水Ｄを循環することができる。従って、コンデンサ２８の内部は常に冷水Ｄが循環された状態となっている。冷水Ｄは冷却された淡水でもよいし、不凍液のような液体でも良い。
【００４８】
冷水循環機３１で使用する電力は、別途設置された太陽電池パネル３２により供給される。太陽電池パネル３２は複数設置され、太陽光Ｌを受光することにより、冷水循環機３１に必要は電力を発生することができる。
【００４９】
この実施形態によれば、冷水循環機３１から循環された冷水Ｄを冷却液体として利用するため、蒸気Ｂを効果的に凝縮させることができる。すなわち、海水Ａを冷却液体として利用する場合に比べて、同じ蒸気量でも、より大量の淡水Ｃを得ることができる。また、その冷水循環機３１用の電力を太陽電池パネル３２により供給すれば、自然エネルギーだけで淡水Ｃを製造することができる。
【００５０】
以上の各実施形態では、蛇行管状のコンデンサ１９に蒸気Ｂを接触させる構造を例いしたが、コンデンサ１９の形状はこれに限定されず、蒸気Ｂの方を管に通し、その周囲にジャケット状のコンデンサを形成しても良い。
【符号の説明】
【００５１】
２  加熱容器
３  底面
４  ヘリオスタット
１３  空間部
１４  加熱部
１５  淡水タンク
１６  蒸気発生部
１９、２８  コンデンサ
３１  冷水循環機
３２  太陽電池パネル
Ａ  海水
ａ  濃縮された海水
Ｂ  蒸気
Ｃ  淡水
Ｄ  冷水
Ｈ  合成油（加熱液体）
Ｌ  太陽光
Ｓ  太陽
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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